(57)【要約】      （修正有）【課題】制御器での角度変換の必要がなく、検出ロッドの長さを一定以上に長くするなどの組み込みの制約もなく、コンパクトかつ簡単な機構で高精度かつリアルタイムに吊り荷の振れ角を検出することができるクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置を提供する。【解決手段】クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸１３周りとこれと直交する水平な旋回軸１４周りの２軸の角度または角速度を検出するMEMS慣性センサが設けられた検出器本体１７をクレーン先端部１から吊り下げ部材１６を介して吊り下げるとともに、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープ２に相対移動可能かつワイヤロープの振れ角に追従可能に検出器本体１７を設ける。これにより、吊り下げ部材１６で吊り下げた検出器本体１７をワイヤロープ２の振れに追従させ、検出器本体１７に設けたＭＥＭＳ慣性センサによりリアルタイムで精度良く振れ角度を検出することで、装置をコンパクトにする。【選択図】図１
2013018556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸周りとこれと直交する旋回軸周りの２軸の角度または角速度を検出するMEMS慣性センサが設けられた検出器本体をクレーン先端部から吊り下げ部材を介して吊り下げるとともに、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープに相対移動可能かつワイヤロープの振れ角に追従可能に前記検出器本体を設けて構成したことを特徴とするクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置。
【請求項２】
前記検出器本体と前記MEMS慣性センサとの間に、ばねおよびダンパで構成した振動低減機構を設けたことを特徴とする請求項１記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置。
【請求項３】
前記検出器本体に、Ｖ溝ローラと、このＶ溝ローラと対向し前記ワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとを設けて構成したことを特徴とする請求項１または２記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置。
【請求項４】
前記吊り下げ部材を、吊り下げロッドで構成し、この吊り下げロッドの一端をユニバーサルジョイントを介してクレーン先端部に取り付け、他端に前記検出器本体を取り付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置。
【請求項５】
前記吊り下げ部材を、一端が間隔をあけてクレーン先端部に取り付けられ他端が前記検出器本体に取り付けられて自転を防止し得る非自転性ワイヤで構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置。
【請求項６】
前記検出器本体に、鉛直軸周りの角度または角速度を検出するＭＥＭＳ慣性センサを取り付けて構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クレーンの吊り荷の振れ角度検出装置に関し、ジブクレーンなどの吊り荷の振れ止め制御に必要なワイヤロープの振れ角度をコンパクトで高精度、リアルタイムで検出できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から建築現場や港湾に設置されるクレーンなどでは、吊り荷の振れ止め制御を行って振れを抑えた状態でクレーン作業が行われており、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープの振れ角度の検出装置を用いて吊り荷の振れ角度を検出し、検出角度に基づいて振れ止め制御が行われている。
【０００３】
従来の振れ角度検出装置としては、種々の形式ものが提案されているが、例えば特許文献１には、クレーンのジブの先端部にジンバル機構を介して直交する２軸回りに回動可能な検出ロッドを支持し、この検出ロッドの下端部に押えローラ機構を設けて吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープを挟持し、ワイヤロープの振れに検出ロッドが追従するようにしておき、この検出ロッドの直交する２軸回り（起伏軸、旋回軸）の回転角を検出する角度検出手段を設け、検出角度に基づいて制御器で演算して吊り荷の振れ角度を求めるようにしている。
これにより、押えローラ機構でワイヤロープを挟圧してワイヤロープの撚りの影響を抑えて検出ロッドをワイヤロープの振れに追従させ、精度良く振れ角度を検出するとともに、可動部分を最小限とし、装置をコンパクトにするとともに、摩擦抵抗の影響を抑えて高精度に振れ角度を検出するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２には、クレーンからワイヤロープを介して吊り下げられたフックの胴体部の側面に、吊り荷の振れ角を計測するための振れ角センサとして光ファイバージャイロを設けるようにし、フックの振れ角を計測して吊り荷の振れ止め制御を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５９１０６号公報
【特許文献２】特開平０８−１４３２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、この特許文献１のロープ振れ角検出装置では、振れの変位を検出し、後段の制御器にて角度に変換しなければならないため制御器での負担が大きく、高度の演算処理能力をもつ制御器としなければならず、しかも振れの変位を検出するためワイヤロープの高さ方向に、ある一定以上の距離が必要となって検出ロッドの長さを長くしなければならず、機構的に大型になるという問題がある。
また、光ファイバージャイロセンサを用いる場合には、組み込みのためにスペースが必要であり、組み込みに制約があるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、制御器での角度変換の必要がなく、検出ロッドの長さなど設置のための高さ方向の制約などの組み込みの制約がなく、簡単な機構でコンパクトにでき、高精度かつリアルタイムに吊り荷の振れ角を検出することができるクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸周りとこれと直交する旋回軸周りの２軸の角度または角速度を検出するＭＥＭＳ慣性センサが設けられた検出器本体をクレーン先端部から吊り下げ部材を介して吊り下げるとともに、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープに相対移動可能かつワイヤロープの振れ角に追従可能に前記検出器本体を設けて構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項２記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項１記載の構成に加え、前記検出器本体と前記ＭＥＭＳ慣性センサとの間に、ばねおよびダンパで構成した振動低減機構を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の請求項３記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項１または２記載の構成に加え、前記検出器本体に、Ｖ溝ローラと、このＶ溝ローラと対向し前記ワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとを設けて構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の請求項４記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記吊り下げ部材を、吊り下げロッドで構成し、この吊り下げロッドの一端をユニバーサルジョイントを介してクレーン先端部に取り付け、他端に前記検出器本体を取り付けたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の請求項５記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記吊り下げ部材を、一端が間隔をあけてクレーン先端部に取り付けられ他端が前記検出器本体に取り付けられて自転を防止し得る非自転性ワイヤで構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明の請求項６記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記検出器本体に、鉛直軸周りの角度または角速度を検出するＭＥＭＳ慣性センサを取り付けて構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の請求項１記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、クレーン起伏中心軸と平行な起伏軸周りとこれと直交する旋回軸周りの２軸の角度または角速度を検出するＭＥＭＳ慣性センサが設けられた検出器本体をクレーン先端部から吊り下げ部材を介して吊り下げるとともに、吊り荷を巻き上げ下げするワイヤロープに相対移動可能かつワイヤロープの振れ角に追従可能に前記検出器本体を設けて構成したので、吊り下げ部材で吊り下げた検出器本体をワイヤロープの振れに追従させることができ、検出器本体に設けたＭＥＭＳ慣性センサにより制御器での変換の必要をなくしてリアルタイムで精度良く振れ角度を検出することができるとともに、装置をコンパクトにすることができる。
これにより、リアルタイムで得られる振れ角度を用いることで、高精度に吊り荷の振れ止め制御を行なうことができる。
【００１５】
この発明の請求項２記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記検出器本体と前記ＭＥＭＳ慣性センサとの間に、ばねおよびダンパで構成した振動低減機構を設けたので、ワイヤロープの巻き上げ下げによって生じる振動の影響を極力押えて振れ角度を検出することができる。
これにより、一層高精度に振れ角度を検出して吊り荷の振れ止め制御を行うことができる。
【００１６】
この発明の請求項３記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記検出器本体に、Ｖ溝ローラと、このＶ溝ローラと対向し前記ワイヤロープを挟圧方向に付勢する押えローラとを設けて構成したので、Ｖ溝ローラにより一層ワイヤロープの撚りによるロープ径の変化の影響を抑えることができ、ワイヤロープの振れに確実に追従させることができ、一層精度良く振れ角度を検出することができる。
【００１７】
この発明の請求項４記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記吊り下げ部材を、吊り下げロッドで構成し、この吊り下げロッドの一端をユニバーサルジョイントを介してクレーン先端部に取り付け、他端に前記検出器本体を取り付けたので、吊り下げロッドおよびユニバーサルジョイントを介して検出器本体を取り付けることで、確実にワイヤロープの振れに追従させることができ、吊り下げロッドを短くしても高精度に振れ角を検出することができる。
【００１８】
この発明の請求項５記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記吊り下げ部材を、一端が間隔をあけてクレーン先端部に取り付けられ他端が前記検出器本体に取り付けられて自転を防止し得る非自転性ワイヤで構成したので、複数のワイヤによる非自転性ワイヤで吊り下げ部材を構成することで、検出器本体の自転を防止して高精度に振れ角度を検出することができる。
【００１９】
この発明の請求項６記載のクレーンの吊り荷の振れ角度検出装置によれば、前記検出器本体に、鉛直軸周りの角度または角速度を検出するＭＥＭＳ慣性センサを取り付けて構成したので、この鉛直軸周り(地軸周り)の角度または角速度から絶対座標系の起伏軸周りと旋回軸周りの振れ角を換算して求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかるクレーンに取り付けた状態の概略側面図である。
【図２】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の一実施の形態にかかる正面図および側面図である。
【図３】この発明のクレーンの振れ角度検出装置の他の一実施の形態にかかる正面図および側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
このクレーンの振れ角度検出装置１０は、例えば、クレーンを構成する基台上で鉛直軸を中心に旋回可能な旋回台に、水平な起伏中心軸を中心に起伏されるジブを設け、クレーンの先端部であるジブの先端部から吊り下げ部材として吊り下げロッドを介して検出器本体を設け、この検出器本体に起伏中心軸と平行な起伏軸周りと、これと直交する旋回軸周りとの直交する２軸方向の角度または角速度を検出するＭＥＭＳ慣性センサを取り付け、この検出器本体を吊り荷用のワイヤーロープに、例えば押えローラ機構を介してワイヤロープに相対移動（摺動）可能かつ振れ角に追従可能に挟持することで、ワイヤロープの振れ角度を直接求めるようにしたものであり、検出器本体に設けたＭＥＭＳ慣性センサにより制御器での変換の必要をなくしてリアルタイムで精度良く振れ角度を検出することができるとともに、検出精度を確保するために長い吊り下げロッドを必要とせず、装置をコンパクトにすることができる。
これにより、リアルタイムで得られる振れ角度を用いることで、高精度に吊り荷の振れ止め制御を行なうことができるようにするものである。
【００２２】
このクレーンの振れ角度検出装置１０では、クレーンの先端部であるジブ１の先端部に取り付ける取付枠１１を備えており、上端の取付板１２を２本のボルトナットでジブ１に取り付けることで、取付枠１１をジブ１に固定できるようにしてある。
【００２３】
取付枠１１には、ジブの起伏中心軸と平行な起伏軸１３とこれと直交するジブの旋回中心軸と平行で水平な旋回軸１４とがユニバーサルジョイント１５を介して設置され、下方が開口したコ字状の外枠１５ａの内側に、下方が開口した箱状の内枠１５ｂが配置され、外枠１５ａにジブ１の旋回中心軸と平行に配置される起伏軸１３が両側に分割されて軸受を介して回動可能に取り付けられ、２つに分割された起伏軸１３の間に内枠１５ｂが取り付けてある。そして、この内枠１５ｂに起伏軸１３と直交して水平な旋回軸１４が軸受を介して回動可能に取り付けられ、旋回軸１４の中心線上で起伏軸１３の中心線上となるように吊り下げロッド１６がフランジ１６ａを介して取り付けてある。
これにより、吊り下げロッド１６は、その上端がジブ１の起伏中心軸と平行な起伏軸１３およびこれと直交する水平な旋回軸１４を中心に回動可能に支持され、直交する２軸方向に振れ動くことができ、旋回中心軸方向と平行な軸（鉛直軸）周りの回動は規制されるようになっている。
【００２４】
この吊り下げロッド１６には、その下端のフランジ１６ｂを介して検出器本体１７が取り付けられ、この検出器本体１７にＭＥＭＳ（micro  electro  mechanical  systems）慣性センサ１８が取り付けられ、起伏軸１３周りおよび旋回軸１４周りの角度または角速度を検出できるようにしてある。そして、このＭＥＭＳ慣性センサ１７の検出信号が図示しない振れ止め制御装置に入力されるようになっている。
【００２５】
さらに、このクレーンの振れ角度検出装置１０では、検出器本体１７に外乱振動を低減するためのばねおよびダンパで構成される振動低減機構１９を介してＭＥＭＳ慣性センサ１７が取り付けてある。
【００２６】
このような検出器本体１７には、吊りワイヤロープ２に追従させるため押えローラ機構２１が設けられるとともに、垂直な板状のベース２２が備えられ、ベース２２の上端に取り付けた連結板２３を介して吊り下げロッド１６の下端のフランジ１６ｂと連結されるようになっており、連結板２３をベース２２に対してわずかに傾けて取り付けることで、クレーンの振れ角度検出装置１０をジブ１の先端部にセットした状態でベース２２がほぼ垂直となるようにしてある。このベース２２には、水平な固定回転軸が設けられて固定ローラ２４が回転可能に支持され、ここでは、Ｖ溝ローラで構成してあり、吊りワイヤロープ２をＶ溝内でガイドしながら摺動させることができるようにしてある。
このＶ溝ローラで構成した固定ローラ２４の中央と対向して水平な回転軸周りに回転する押えローラ２５が配置され、Ｖ溝ローラ２４側に付勢され、吊りワイヤロープ２を挟むとともに、吊りワイヤロープ２が摺動できるようになっている。
このため、ベース２２の端部に回動板２６の上端部が回動可能に支持され、回動板２６の中間部に押えローラ２５の両端部が回動可能に取り付けられ、回動板２６の回動中心と押えローラ２５の回転中心との間にスプリングユニット２７の一端が連結され、他端がベース２２に連結してあり、互いを接近するよう付勢する。また、回動板２６の下端部にアーム部２８が形成してあり、回動板２６と反対側のベース２２側から吊りワイヤロープ２を入れてＶ溝ローラ２４に吊りワイヤロープ２を当てるようにした後、回動板２６を閉じるように回動操作することで、吊りワイヤロープ２を押えローラ２５で挟むことができるとともに、スプリングユニット２７で挟圧して押えることができるようにしてある。
【００２７】
このような押えローラ機構２１をＶ溝ローラ２４とこれと対向する押えローラ２５とで吊りワイヤロープ２を挟むようにすることで、例えば吊りワイヤロープ２に撚りがあり、繰り出しや巻き上げによって吊りワイヤロープ２が摺動してもその影響を極力抑えることができ、検出器本体１７のＭＥＭＳ慣性センサ１８への振動の伝達を抑えることができる。
【００２８】
このようなクレーンの振れ角度検出装置１０によれば、ＭＥＭＳ慣性センサ１８を用いて吊りワイヤロープ２の起伏軸１３周りと旋回軸１４周りの振れ角度または角速度を直接検出することができ、この検出結果を振れ止め制御に用いることで、演算処理を必要とせずに簡単に振れ止め制御を行うことができる。
また、これまでのクレーンの振れ角度検出装置では、例えば精度を０．１±０．０１degや分解能０．０１degを確保するためには、検出ロッドを一定以上の長さにしなければならず、吊りワイヤーロープの長さを４０ｍとした場合、吊り荷の振れ幅（両振幅）１ｍを上記分解能で正確に計測するためには、検出ロッドを２ｍ以上にする必要があることが検証されていることに比較し、吊り下げロッド１６を数分の１程度にすることができ、装置をコンパクトにすることができる。
また、振動低減機構１９を介してＭＥＭＳ慣性センサ１８を検出器本体１７に取り付けてあるので、吊りワイヤロープ２と押えローラ機構２１のＶ溝ローラ２５との接触などで生じる外乱振動を低減することができ、高精度に吊りワイヤロープ２の振れ角度を検出することができる。
【００２９】
なお、外乱振動に対してカルマンフィルタ演算機能をＭＥＭＳ慣性センサに持たせるようにしても良く、演算により検出精度を向上することが可能となる。
【００３０】
次に、この発明のクレーンの振れ角度検出装置の他の実施の形態について、図３により説明するが、すでに説明した実施の形態と同一部分には、同一記号を記し、重複する説明は省略する。
このクレーンの振れ角度検出装置１０Ａでは、ジブ１から検出器本体１７を吊り下げる吊り下げ部材が吊り下げロッド１６に替えて非自転性ワイヤロープ１６Ａで構成してある。
この非自転性ワイヤロープ１６Ａは、例えば図３に示すように、２本のワイヤロープ１６Ａａ，１６Ａｂを、その上端部を取付枠１１の取付板１２に起伏軸１３と平行な方向に間隔をあけて取り付ける一方、その下端部を検出器本体１７に１本にまとめたり、僅かに間隔をあけて取り付けてある。これにより、検出器本体１７は、起伏軸１３周りと水平な旋回軸１４周りには、回転できるものの、鉛直軸（地軸）周りには、拘束された非自転状態に吊り下げられることになる。
なお、クレーンの振れ角度検出装置１０Ａの他の構成は、既に説明したクレーンの振れ角度検出装置１０と同一であり、同様に吊りワイヤロープ２の振れ角度または角速度を直接ＭＥＭＳ慣性センサ１８で検出することができるなど、同一の作用・効果を奏する。
【００３１】
また、この発明のクレーンの振れ角度検出装置として、上記２つの実施の形態のクレーンの振れ角度検出装置１０，１０Ａでは、検出器本体１７にＭＥＭＳ慣性センサ１８を取り付ける場合に、検出器本体１７の自転をユニバーサルジョイント１５や非自転性ワイヤロープ１６Ａで拘束して吊り下げるようにし、ジブ１の起伏軸１３周りと水平な旋回軸１４周りの吊りワイヤロープ２の振れ角度または角速度を検出できるようにしたが、拘束せずに吊り下げ、直交する３軸周りの角度または角速度を検出し、鉛直軸（地軸）周りに検出器本体１６が回転（自転）しても、ＭＥＭＳ慣性センサ１８からの鉛直軸（地軸）周りの角度または角速度で、絶対座標系の起伏軸周りと水平な旋回軸周りの振れ角に換算するようにすることもできる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、クレーンとしてジブクレーンを例に説明したが、これに限らず、他の形式のクレーンであっても吊りワイヤロープを用いるものであれば同様に適用することができる。
さらに、押さえローラ機構の押えローラによる付勢は、スプリングユニットを用いる場合に限らず、他の付勢手段を用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１        ジブ（クレーンの先端部）
２        吊りワイヤロープ
１０      クレーンの吊荷の振れ角度検出装置
１１      取付枠
１２      取付板
１３      起伏軸
１４      旋回軸
１５      ユニバーサルジョイント
１５ａ      外枠
１５ｂ      内枠
１６      吊り下げロッド
１６ａ    フランジ
１６ｂ    フランジ
１６Ａ    非自転性ワイヤロープ
１６Ａａ  ワイヤロープ
１６Ａｂ  ワイヤロープ
１７      検出器本体
１８      ＭＥＭＳ慣性センサ
１９      振動低減機構
２１      押えローラ機構
２２      ベース
２３      連結板
２４      Ｖ溝ローラ（固定ローラ）
２５      押えローラ
２６      回動板
２７      スプリングユニット（付勢手段）
２８      アーム部
【図１】
2013018556.tif 000003
【図２】
2013018556.tif 000004
【図３】
2013018556.tif 000005